2024年度学院等開講科目工学院システム制御系システム制御コース

熱流体モデリング

開講元: システム制御コース
担当教員: 小酒英範
授業形態: 講義 (対面型)
メディア利用科目: -
曜日・時限 (講義室): 火7-8 (S4-202(S422))
クラス: -
科目コード: SCE.M401
単位数: 100
開講時期: 2024年度
開講クォーター: 2Q
シラバス更新日: 2025年3月14日
使用言語: 英語

シラバス

授業の目的（ねらい）、概要

本講義では，熱流体の数値解析に関する基礎事項を扱う。まず，熱流体現象を数理的に記述する基礎方程式の意味について解説し，次に，基礎方程式の離散化手法とその解法，解析誤差の要因とその低減法について解説する。さらに，熱伝導や流れ場の具体的な数値解法について解説と演習を実施する。
　内燃機関やターボチャージャーなどのエネルギー変換システムの設計には，広く熱流体数値解析コードが用いられてる。これらの数値解析コードにより得られた結果を正しく評価したり，熱流体の新たな数値モデルを開発するためには，熱流体の数値解析手法の原理を理解し，これを実際の工学課題に適用できる力が必要となる。本講義では，単純場の熱伝導問題や流れ場の問題を取り上げ，これらを記述する支配方程式の離散化と数値解法に関する基礎事項の解説と演習により，熱流体現象の解析力を養う。

到達目標

　本講義を履修することによって次の能力を修得する。
１）熱流体現象の支配方程式の物理的な意味を説明できる。
２）熱流体現象の数値解析するために支配方程式を離散化することができる。
３）数値解析における誤差要因について説明できる。
４）離散化された支配方程式を数値的に解く方法について説明できる。

キーワード

熱流体力学，数値解析，離散化，有限体積法，偽拡散

学生が身につける力

専門力
教養力
コミュニケーション力
展開力 (探究力又は設定力)
展開力 (実践力又は解決力)

授業の進め方

講義の前半で，復習を兼ねて前回の演習問題の解答を解説します。講義の後半で，その日の教授内容に関する演習問題に取り組んでもらいます。各回の学習目標をよく読み，課題を予習・復習で行って下さい。

授業計画・課題

	授業計画	課題
第1回	熱流体の支配方程式	フーリエ方程式，ナビエ・ストークス方程式の導出
第2回	支配方程式の離散化	有限体積法による離散化の理解
第3回	熱伝導の数値解法	1次元熱伝導の数値解析
第4回	対流と拡散の数値解法	風上法，指数法による離散化，数値拡散と解の安定性の理解
第5回	流れ場の数値解法（有限体積法）	非圧縮性流体の数値解法，スタッガード格子を用いた離散化の理解
第6回	単純場における流れの数値解析	定常2次元流れの数値解析
第7回	様々な現象の数値モデル(混相流モデル，燃焼モデル)	混相流モデル，燃焼モデルの概要の理解

準備学修(事前学修・復習)等についての指示

学修効果を上げるため，教科書や配布資料等の該当箇所を参照し，「毎授業」授業内容に関する予習と復習（課題含む）をそれぞれ概ね100分を目安に行うこと。

教科書

必要に応じて資料を配布

参考書、講義資料等

参考書：パタンカー, S.V.,『コンピュータによる熱移動と流れの数値解析』森北出版，ISBN978-4-627-91190-1

成績評価の方法及び基準

熱流体現象の数値解析法に関する基礎事項とその応用について，理解度を評価する。
提出課題により成績評価を行う．

履修の条件・注意事項

熱工学基礎を履修していること，または同等の知識があることが望ましい。